Rc-генератор прямоугольных импульсов на интегральном усилителе постоянного тока. Измерительный преобразователь среднего значения, страница 5

При использовании в качестве DA2 интегрального усилителя с Ku»10⁴…10⁶ напряжение Uвых._DA2  достигнет Uотп»0.7В, когда Uвх составит десятки и единицы микровольт (это напряжение называют напряжением отпирания диода, приведенным ко входу):

.

На рис.3 приведены формулы, показывающие, что напряжение на резисторе в обратной связи с открытым диодом будет пропорционально Uвх. Таким образом, влияние Uотп диода на погрешность преобразования будет практически исключено при выборе ИУПТ с Ku=10⁵…10⁶.

Рассмотрим работу ИВ при синусоидальном входном сигнале  и идеальных элементах.

При u(t)>0 дифференциальное напряжение  на входе DA2 оказывается меньше нуля. В результате усиления DU на выходе DA2 формируется напряжение Uвых.ус. отрицательной полярности. Под влиянием разности потенциалов между u(t) и Uвых.ус диод VD1 смещается в прямом направлении, а VD2 – в обратном. Через R1, R2 и открытый VD1 протекает ток, направленный от входа ИВ к выходу усилителя DA2 (см. рис.2). При Ku_DA2®¥ усилитель DA2 сформирует напряжение Uвых.ус. такой величины, при которой DU®0, т.е. на инвертирующем входе установится напряжение U^–»U⁺=0 (U^– – напряжение «виртуального нуля»).

Рис.2 Измерительный преобразователь среднего значения

Поскольку диод VD2 закрыт (при идеальных элементах схемы Rзакр.vd2®¥, рис.3), то напряжение Uив на выходе измерительного выпрямителя будет определяться напряжением U^– : Uив=U^–»0.

Рис.3 К пояснению работы измерительного выпрямителя при Uвх>0

При u(t)<0 откроется VD2 и закроется VD1. При этом напряжение Uив оказывается пропорциональным току через R3, не зависит от Rоткт.vd2 и имеет знак, противоположный знаку входного сигнала ИВ:

Таким образом, при поступлении на вход измерительного выпрямителя синусоидального сигнала в точке Uив можно будет наблюдать результат однополупериодного выпрямления инверсного сигнала u(t).

Повторитель напряжения, собранный на усилителе DA1, обеспечивает большое входное сопротивление преобразователя. Малое выходное сопротивление повторителя позволяет уменьшить погрешность d_i, вызванную потерей сигнала на внутреннем сопротивлении Ri источника Uвх:

где  – падение части входного напряжения на Ri под влиянием входного тока ИВ.

Уменьшить погрешность d_i выбором R1>>Ri не всегда возможно, так как увеличение R1 ведет к росту погрешности ИВ от входного тока I_ВХ по инвертирующему входу DA2:

Например, при использовании в качестве DA1 микросхемы К140УД7 с Iвх=400нА максимальное значение R1 для погрешности d_ВХ=0.1%:

Если у источника сигнала Uвх выходное сопротивление Ri невелико и он обладает достаточной нагрузочной способностью, то повторитель на DA1 можно не устанавливать.

Для расчета схемы найдем связь коэффициента передачи ИПСЗ с номиналами:

,                                                                                                                  (1)

где Uср.вых. – среднее значение выходного напряжения преобразователя, Um – амплитуда входного синусоидального сигнала Uвх(t)=Um×sin(wt).

Среднее значение Uср.вых. – постоянная составляющая выходного сигнала Uвых(t) преобразователя, представленного на рис.1.

                                                                 (2)

где Uвых(t) – результат выпрямления синусоидального сигнала.

При двухполупериодном выпрямлении (схема ИПСЗ с R5):

,                                                                     (3)

При однополупериодном выпрямлении (схема ИПСЗ без R5):

                                                                       (3*)

В (3) и (3*) величину Um.в можно выразить через входное напряжение и номиналы схемы:

                                                                                  (4)

где суммарный ток  равен алгебраической сумме токов через R4 и R5:

    (5)

После подстановки (5) в (4), а полученного выражения в (3), формула среднего значения выходного напряжения преобразователя с резистором R5 примет вид: